專利名稱：長距離輸電線路的融冰方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于長距離輸電線路除冰技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長距離輸電線路的融冰
方法與裝置。
背景技術(shù)：
我國是世界上輸電線路覆冰最為嚴(yán)重的國家之一。輸電線路覆冰可引起線路的導(dǎo)線舞動、斷線、倒桿、跳閘、絕緣子閃絡(luò)和通信中斷等事故。覆冰事故嚴(yán)重威脅了我國電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2008年初罕見冰雪災(zāi)害襲擊我國南方地區(qū)，輸電線路大面積覆冰導(dǎo)致供電線路大范圍中斷，給人民的生產(chǎn)生活造成了巨大的災(zāi)害和損失，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百億元。 在已有的除冰方法中，機(jī)械人工除冰效率低，耗時(shí)長，風(fēng)險(xiǎn)高，難以大面積推廣。從目前的技術(shù)水平和實(shí)施情況來看，交流短路融冰法和直流短路融冰法是最為成熟可行的兩種融冰手段。交流短路融冰可直接利用變電站一次設(shè)備，具有技術(shù)簡單、易于實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，但其不足是僅適用于220kV及以下電壓等級的輸電線路。而對于500kV及以上電壓等級輸電線路以及直流輸電線路而言，由于輸電線路長，輸電線路的傳輸線效應(yīng)明顯，導(dǎo)致沿輸電線路的導(dǎo)線發(fā)熱功率分布不均勻，制約了融冰效果；另外，輸電線路始端的功率因數(shù)極低，使變壓器不能輸出足夠的用于輸電線路融冰的有功功率，造成了能源的浪費(fèi)。直流短路融冰方法的優(yōu)點(diǎn)是融冰輸電線路的長度不受限制，沿輸電線路的電流和焦耳熱分布均勻，其不足在于大容量直流電源的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對目前長距離輸電線路在融冰處理過程中存在的缺陷，提出一種長距離輸電線路的融冰方法與裝置。 技術(shù)方案是，一種長距離輸電線路的融冰方法，其特征是所述方法包括 —將工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相
連； —將電容器作為負(fù)載連接到輸電線路終端并使電容器與工頻變壓器形成回路；
—在線路覆冰時(shí)，前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)停電，工頻變壓器接通電源并通過輸電線路產(chǎn)生的歐姆損耗發(fā)熱融冰。 當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是使工頻變壓器的二次側(cè)和電容器同時(shí)接地。 當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是使工頻變壓器的二次側(cè)與輸電線路始端相連的同時(shí)，使輸電線路終端串聯(lián)電容器。
當(dāng)所述工頻變壓器采用三相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是所述工頻變壓器二次側(cè)接到三相交流輸電線路始端，所述三相交流輸電線路終端與三個(gè)所述電容器采用三角形連接法連接。
—種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是所述裝置包括工頻變壓器和電容器，
所述工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相連；所述電
容器的一端與輸電線路終端相連，電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路。 當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)
形成回路具體是工頻變壓器的二次側(cè)兩端中的一端與輸電線路始端相連，另一端接地；
所述電容器的另一端接地。 當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路具體是工頻變壓器的二次側(cè)兩端都與輸電線路始端相連，在輸電線路終端，串聯(lián)所述電容器。 所述電容器的阻抗應(yīng)與輸電線路終端短路且長度為(A-L)/2的輸電線路始端輸
入阻抗相等；其中，A為工頻變壓器電源對應(yīng)的波長，L為輸電線路的長度。 當(dāng)所述工頻變壓器采用三相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)
形成回路具體是所述工頻變壓器二次側(cè)接到三相交流輸電線路始端，所述三相交流輸電
線路終端與三個(gè)所述電容器采用三角形連接法連接。 所述電容器的阻抗應(yīng)等于三相輸電線路的正序分量所對應(yīng)的特性阻抗的三倍。
本發(fā)明的效果在于，輸電線路終端接入電容器后，使沿線電流分布的最大有效值位于輸電線路的中間，改善了長距離輸電線路的沿線電流分布及歐姆損耗熱功率分布的均勻性，此外還提高了輸電線路始端的功率因數(shù)。


圖1是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)沿線上電流有效值分布比較示意圖； 圖2是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)熱功率不均勻度隨融冰線路長度的變化示意圖； 圖3是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)始端功率因數(shù)比較示意 圖4是輸電線路終端連接電容器的交流融冰方法接線結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是單相融冰且通過大地構(gòu)成回路示意圖；(b)是單相融冰且金屬導(dǎo)線構(gòu)成回路示意圖；(c)三相同時(shí)融冰示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性
的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
實(shí)施例1 本發(fā)明提供的長距離輸電線路的融冰方法是，工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，構(gòu)成融冰電源。工頻變壓器的二次側(cè)與覆冰輸電線路始端相連。電容器作為負(fù)載連接到線路的另一端即終端。工頻變壓器和電容器形成回路。 一旦線路覆冰，即停電接入工頻變壓器，然后再接通電源，通過線路導(dǎo)線的歐姆損耗發(fā)熱融冰。終端接入的電容器使沿線電流分布的最大有效值位于輸電線路的中間，從而明顯改善長距離輸電線路的沿線電流分布及歐姆損耗熱功率分布的均勻性，此外還可提高輸電線路始端的功率因數(shù)。
長距離輸電線路沿線導(dǎo)線發(fā)熱功率分布與沿線的電流分布直接相關(guān)。對于交流長距離輸電線路，沿線電流分布情況可以通過傳輸線理論來說明。圖l是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)沿線上電流有效值分布比較示意圖。如圖l所示，若輸電線路采用交流短路融冰方法，即當(dāng)輸電線路的終端短路時(shí)，沿線電流呈如下分布在輸電線路終端最大，從輸電線路終端向輸電線路始端呈逐漸減小分布。還是如圖l所示，若采用在輸電線路終端連接電容器的交流融冰方法，即當(dāng)輸電線路終端負(fù)載為電容器時(shí)，從輸電線路終端向
輸電線路始端看，沿線電流先增大后減小。特別當(dāng)電容器的阻抗z滿足
Z = -jZctan(JiL/A) (1)時(shí)，即當(dāng)電容器的阻抗與
長度為(A-L)/2且輸電線路終端短路時(shí)輸電線路始端輸入阻抗相等時(shí)，沿線電流最大有效值正好位于輸電線路的中間，沿線電流分布的均勻性達(dá)到最佳。式(1)中，Z。為輸電線路的特征阻抗，L為輸電線路的長度，A為工頻電源對應(yīng)的波長，在我國工頻為50Hz時(shí)A等于6000km。 輸電線路上融冰的熱量來源于輸電線路導(dǎo)線的歐姆損耗發(fā)熱。歐姆損耗熱功率與電流有效值的平方成正比。已知輸電線路的沿線電流分布，可得到相應(yīng)的熱功率分布。輸電線路終端直接短路時(shí)，沿線電流有效值的分布為
I工(z) = I隨cos (2 Ji z/入)，(0《z《L) (2) 輸電線路終端按照式(1)的要求聯(lián)接電容器時(shí)，沿線電流有效值的分布為
I2 (z) = I隨cos [2 Ji (z—L/2) /入]，(0《z《L) (3) 在式(2)和(3)中，坐標(biāo)z的原點(diǎn)位于終端處，Imax為輸電線路沿線最大有效值。
若定義熱功率分布的不均勻度為沿線單位長度熱功率的最大值和最小值之差與最大值的比值，記為P^，依據(jù)式(2)和(3)，不難得出，在輸電線路終端短路和輸電線路終端連接電容器的兩種情況下，熱功率不均勻度分別為 依據(jù)式(4)和式(5)，可以計(jì)算出熱功率不均勻度隨輸電線路長度的變化情況，如圖2所示。圖2是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)熱功率不均勻度隨融冰線路長度的變化示意圖，從圖2可以看出，輸電線路終端連接電容器后，熱功率不均勻度可以降低到輸電線路終端直接短路時(shí)的1/3 1/4。 輸電線路終端連接電容器后，與終端直接短路相比，還可以在一定程度上提高始端功率因數(shù)。以某500kV交流輸電線路為例，其單位長度電阻、電抗、電導(dǎo)和電納分別為0. 026 Q /km、0. 284 Q /km、0. 0和3. 91 X 10—6S/km。圖3是輸電線路終端短路和終端連接電容器時(shí)始端功率因數(shù)比較示意圖，圖3給出了終端直接短路與按上述方法連接電容器兩種情況下始端功率因數(shù)隨輸電線路長度的變化?？梢钥闯?，在所考察的l-500km的長度范圍內(nèi)，連接電容器后可將始端功率因數(shù)從直接短路時(shí)的約0. 09提高到約0. 18，增大約一倍。
實(shí)施例2 圖4是輸電線路終端連接電容器的交流融冰方法接線結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是單相融冰且通過大地構(gòu)成回路示意圖；(b)是單相融冰且金屬導(dǎo)線構(gòu)成回路示意圖；(c)三相同時(shí)融冰示意圖。本發(fā)明的具體實(shí)施方案有三種，分別是 第一種方案，如圖4中的(a)所示，為單相融冰且工頻變壓器和電容器之間通過大
(4)
(5)地構(gòu)成回路。這種方案中，輸電線路可以是單條或單相輸電線路，還可以是三相輸電線路中的某一條相導(dǎo)線，或某一相導(dǎo)線(含分裂導(dǎo)線)，或直流輸電線路的某一條極導(dǎo)線。此時(shí)工頻變壓器采用單相變壓器，變壓器一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)電源連接，構(gòu)成融冰電源。變壓器二次側(cè)的一端接地，另一端接到該條線路的始端。該條線路的終端連接電容器后接地。變壓器、輸電線路、電容器、大地構(gòu)成回路。電容器的阻抗應(yīng)與輸電線路終端直接接地且長度為(A-L)/2的輸電線路始端輸入阻抗相等(A為工頻變壓器電源對應(yīng)的波長，L為輸電線路的長度)。這種運(yùn)行方式也適合電氣化鐵路的接觸網(wǎng)融冰。 第二種方案，如圖4中的(b)所示，為單相融冰且工頻變壓器和電容器之間通過金屬導(dǎo)線構(gòu)成回路。這種方案中，構(gòu)成回路的金屬導(dǎo)線采用另一條輸電線路，即采用兩條或者兩相輸電線路。兩條或兩相輸電線路可以是三相輸電線路中的任意兩相相導(dǎo)線，或直流輸電線路的某二條極導(dǎo)線。此時(shí)工頻變壓器采用單相變壓器，變壓器一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)電源連接，構(gòu)成融冰電源。變壓器二次側(cè)接到該條線路的始端。該條線路的終端串聯(lián)接入電容器。變壓器、輸電線路、電容器構(gòu)成回路。電容器的阻抗應(yīng)與輸電線路終端短路且長度為(A-L)/2的輸電線路始端輸入阻抗相等(A為工頻變壓器電源對應(yīng)的波長，L為輸電線路的長度)。 第三種方案，如圖4中的(c)所示，為三相同時(shí)融冰方案。這種方案中，三相輸電線路同時(shí)交流融冰?？紤]輸電線路終端為三相對稱負(fù)載，優(yōu)選采用三角形接法連接電容器。此時(shí)變壓器為三相變壓器，變壓器一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)電源連接，構(gòu)成融冰電源。變壓器二次側(cè)接到三相輸電線路始端，三相交流輸電線路終端與三個(gè)電容器采用三角形連接法連接。這樣三相同時(shí)融冰，可節(jié)省融冰時(shí)間，提高效率。電容器的阻抗應(yīng)等于三相輸電線路的正序分量所對應(yīng)的特性阻抗的三倍。 本發(fā)明在輸電線路終端接入的電容器，使沿線電流分布的最大有效值位于輸電線路的中間，明顯改善了長距離輸電線路的沿線電流分布及歐姆損耗熱功率分布的均勻性，同時(shí)還提高了輸電線路始端的功率因數(shù)。本裝置特別適用于長距離輸電線路的單相和三相導(dǎo)線的交流融冰以及直流輸電線路的極導(dǎo)線的交流融冰。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種長距離輸電線路的融冰方法，其特征是所述方法包括--將工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相連；--將電容器作為負(fù)載連接到輸電線路終端并使電容器與工頻變壓器形成回路；--在線路覆冰時(shí)，前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)停電，工頻變壓器接通電源并通過輸電線路產(chǎn)生的歐姆損耗發(fā)熱融冰。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長距離輸電線路的融冰方法，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是使工頻變壓器的二次側(cè)和電容器同時(shí)接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長距離輸電線路的融冰方法，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是使工頻變壓器的二次側(cè)與輸電線路始端相連的同時(shí)，使輸電線路終端串聯(lián)電容器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長距離輸電線路的融冰方法，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用三相變壓器時(shí)，所述使電容器與工頻變壓器形成回路具體是所述工頻變壓器二次側(cè)接到三相交流輸電線路始端，所述三相交流輸電線路終端與三個(gè)所述電容器采用三角形連接法連接。
5. —種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是所述裝置包括工頻變壓器和電容器，所述工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相連；所述電容器的一端與輸電線路終端相連，電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路具體是工頻變壓器的二次側(cè)兩端中的一端與輸電線路始端相連，另一端接地；所述電容器的另一端接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用單相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路具體是工頻變壓器的二次側(cè)兩端都與輸電線路始端相連，在輸電線路終端，串聯(lián)所述電容器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是所述電容器的阻抗應(yīng)與輸電線路終端短路且長度為(A-L)/2的輸電線路始端輸入阻抗相等；其中，入為工頻變壓器電源對應(yīng)的波長，L為輸電線路的長度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是當(dāng)所述工頻變壓器采用三相變壓器時(shí)，所述電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路具體是所述工頻變壓器二次側(cè)接到三相交流輸電線路始端，所述三相交流輸電線路終端與三個(gè)所述電容器采用三角形連接法連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種長距離輸電線路的融冰裝置，其特征是所述電容器的阻抗應(yīng)等于三相輸電線路的正序分量所對應(yīng)的特性阻抗的三倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了長距離輸電線路除冰技術(shù)領(lǐng)域中的一種長距離輸電線路的融冰方法與裝置。所述方法包括將工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相連；將電容器作為負(fù)載連接到輸電線路終端并使電容器與工頻變壓器形成回路；在線路覆冰時(shí)，前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)停電，工頻變壓器接通電源并通過輸電線路產(chǎn)生的歐姆損耗發(fā)熱融冰；所述裝置包括工頻變壓器和電容器，工頻變壓器的一次側(cè)與前級電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)相連，二次側(cè)與輸電線路始端相連；電容器的一端與輸電線路終端相連，電容器的另一端與工頻變壓器二次側(cè)形成回路。本發(fā)明改善了長距離輸電線路的沿線電流分布及歐姆損耗熱功率分布的均勻性，提高了輸電線路始端的功率因數(shù)。
文檔編號H02J3/38GK101794977SQ20101012888
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者崔翔, 焦重慶, 齊磊 申請人:華北電力大學(xué)